TI AFE450生物阻抗分析和电与光学生物传感AFE解决方案.docx

TI AFE450生物阻抗分析和电与光学生物传感AFE解决方案.docx

《TI AFE450生物阻抗分析和电与光学生物传感AFE解决方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TI AFE450生物阻抗分析和电与光学生物传感AFE解决方案.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

TIAFE450生物阻抗分析和电与光学生物传感AFE解决方案

TIAFE450生物阻抗分析和电与光学生物传感AFE解决方案

TI公司的AFE450是支持三个信号链的多功能信号采集系统.一个阻抗测量信号链和集成的激励和检测能用在诸如生物阻抗分析（BIA）,皮电性质分析（EDA）和阻抗学阻抗谱的应用.有右腿驱动（RLD）的ECG接收器能从和生物阻抗测量共享的一对电极收集单导ECG心电监测装置信号.PPG信号链由用于LED的电流驱动器和从PD检测信号的接收器组成.三个信号链的输出由共同ADC数字化,并存储在FIFO,它可以采用SPI或I2V接口来读出.ECG信号链单导ECG信号采集高达2kHz,INA增益从2-21编程,输入噪音（0.5-150Hz）在1kHz时为0.75μVrms,±0.6V差分DC失调和±0.3VCM范围,>1GΩ输入阻抗,CMRR>100dB,HPF具有0.4Hz拐点,快速饱和恢复,集成了300Hz抗混淆低通滤波器,AC,DC引出线检测从1.6-nA到100-nA.PPG信号链支持高达24PPG信号的收集,支持不同数据速率的光电血管容积图（PPG）传感器,光环回SNR为100dB,采用片上滤波可扩展到110dB,低功耗工作,一个LED为15-μA,接收器为15-μA.PPG发送器具有8位可编LED电流,从25mA到250mA,支持共阳极的8个LED,而PPG接收器支持4个PD,两个并行接收通路,噪音滤波具有可编带宽,跨阻抗增益从3.7kΩ到1MΩ,支持外部时钟和内部振荡器模式,自动环境和LEDDC消除.主要用在可穿戴设备的Bio-Z,ECG,PPG,EDA,BP,阻抗频谱,带身体组分的称重仪,电流电压和阻抗检测.本文介绍了AFE450主要特性,简化电路图以及评估板AFE4500EVM主要特性,框图和电路图,材料清单和PCB布局图.

TheAFE4500isaversatilesignalacquisitionsystemthatsupportsthreesignalchains.AnimpedancemeasurementsignalchainwithintegratedexcitationandsensecanbeusedforapplicationslikeBioimpedanceanalysis（BIA）,Electro-dermalanalysis（EDA）andImpedancespectroscopy.

AnECGreceiverwithaRight-legdrive（RLD）canenableacquisitionofasingle-leadECGfromapairofelectrodessharedwiththeBio-impedancemeasurement.APPGsignalchaincomprisesofacurrentdriverforLEDsandareceiverthatsensesthesignalfromPDs.TheoutputsofthethreesignalchainsaredigitizedbyacommonADCandstoredinaFIFOwhichcanbereadoutusinganSPIorI2Cinterface.

AFE450主要特性:

•IntegratedsignalchainsforBio-Z,EDA,ECG,PPG

•SynchronizedECG,PPGenablesPTT-basedBP

•Bio-Zsignalchain

–Multi-frequencyBodyimpedanceAnalysis（BIA）withfrequencyprogrammableupto250kHz

–LowfrequencyexcitationmodeforEDA/GSR

–Complex（I,Q）Tetrapolarimpedancemeasurement

–Sine-waveexcitationwitha7-bitDAC

–CalibrationschemecompensatesforelectrodeimpedancetoachieveaccurateBio-Z

–StatemachineforAutomaticCalibration

•ECGsignalchain:

–1-leadECGsignalacquisitionupto2kHz

–INAgainprogrammablefrom2-21

–RLDoutputtosetbodybiasthroughthirdelectrode

–Inputnoise（0.5-150Hz）:

0.75μVrmsat1kHz

–±0.6VdifferentialDCoffsetand±0.3VCMrange

–HPFwith0.4Hzcorner,quicksaturationrecovery

–>1GΩinputimpedance,CMRR>100dB

–Integrated300Hzanti-aliasinglowpassfilter

–AC,DClead-offdetect:

1.6-nAto100-nA

•PPGsignalchain

–Supportsacquisitionofupto24PPGsignals

–Flexibleallocationof8LED,4PDineachphase

–SupportsPPGsensorsatdifferentdatarates

–OpticalloopbackSNRof100-dB,extendableto110-dBwithon-chipfiltering

–LowCurrentforContinuousOperationwithaTypicalValue:

15-μAforanLED,15-μAfortheReceiver

•PPGTransmitter

–8-BitProgrammableLEDCurrentwithrangeadjustablefrom25mAto250mA

–ProgrammableLEDOn-Timeper-phase

–Supportof8LEDsinCommonAnode

•PPGReceiver

–Supports4PDs,2parallelreceivepaths

–Noisefilteringwithprogrammablebandwidth

–Trans-impedanceGain:

3.7kΩto1MΩ

–8-bitAmbientOffsetSubtractionDACwithrangefrom16-256μA

–8-bitLEDOffsetSubtractionDACwithrangefrom32to64μA

–Automaticambient&LEDDCcancellation

–Supportsexternalclockandinternaloscillatormodes

–FIFOwith256-sampleDepth

–SPITM,I2Cinterfaces:

Selectablebypin

–Supplies:

Rx:

1.7-1.9V（LDOBypass）;1.9Vto-3.6V（LDOEnabled）,Tx:

3Vto5.5V,IO:

1.7-RX_SUP

AFE450应用:

•Bio-Z,ECG,PPG,EDA,BPonwearabledevices

•Impedancespectroscopy

•Weightscaleswithbodycomposition

•Current,voltage,impedancesensing

图1.AFE450简化电路图

评估板AFE4500EVM

ThisuserguidedescribestheoperationoftheAFE4500EVMdemonstrationkit.ThisdemonstrationkitisanevaluationmodulefortheAFE4500device.TheAFE4500isafully-IntegratedAFEforWearableOpticalHeart-RateMonitoring,SpO2,ECGandBIA.TheEVMisintendedforevaluationoftheAFEfeatures.ThisdocumentalsodescribesthestepsforgeneratingtheAFE4500registerconfigurationfilesusingtheprovidedExceltoolfordifferentoperatingconditions.

评估板AFE4500EVM套件包括:

1.AFE4500EVMDemonstrationKit

2.IMPJIGCLOSED（PluginBoardforBIA）

3.IMPJIGOPENED（PluginBoardforBIA）

4.CONNECTORBOARD（PluginboardforconnectingECGCables）

5.MHR041（PluginboardforPPGmeasurements）

6.USB-to-microUSBcable

7.10-pinto10-pinsensorcable（Note:

ThesensorcableisprovidedasaconveniencetoenablemeasurementsandcannotbeusedforanySNRmeasurements.）

8.3WAYECGCablesX2

图2.评估板AFE4500EVM套件外形图

图3.评估板AFE4500EVM框图

图4.评估板AFE4500EVM电路图

（1）

图5.评估板AFE4500EVM电路图

（2）

图6.评估板AFE4500EVM电路图（3）

图7.评估板AFE4500EVM电路图（4）

图8.评估板AFE4500EVM电路图（5）

图9.评估板AFE4500EVM电路图（6）

评估板AFE4500EVM材料清单:

图10.评估板AFE4500EVMPCB布局图

（1）

图11.评估板AFE4500EVMPCB布局图

（2）

图12.评估板AFE4500EVMPCB布局图（3）

图13.评估板AFE4500EVMPCB布局图（4）

图14.评估板AFE4500EVMPCB布局图（5）

图15.评估板AFE4500EVMPCB布局图（6）